JP2004311102A

JP2004311102A - アルミ合金配線材料及びその製造方法

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Publication number: JP2004311102A
Application number: JP2003100502A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Horikoshi; 稔之堀越; Hiroaki Hayashi; 裕昭林; Naoki Ito; 直樹伊東; Ryo Matsui; 量松井
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2003-04-03
Filing date: 2003-04-03
Publication date: 2004-11-04

Abstract

【課題】電気自動車などに有益な導電率と引張強さおよび伸びが高い優れたアルミ合金配線材料及びその製造方法を提供する。
【解決手段】自動車用ハーネスに使用する配線材料として、鉄０．３〜１．０重量％、ジルコニウム０．０２〜０．３０重量％、残余がアルミニウムと０．０５重量％以下の不純物とからなるアルミ合金配線材料からなり、そのアルミ合金配線ｗｉを連続加熱炉１０内を走行させて半硬質に調質して、機械特性の内、引張強さが１３０ＭＰａ〜２２０ＭＰａ、伸びが３％〜１５％の特性を有し、導電率が２７．８×１０^６Ｓ／ｍ（４８％ＩＡＣＳ）以上の特性を有するようにしたものである。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミ合金配線材料に関し、特に自動車用配線材料として有益な、アルミニウムを主成分とする合金からなる高導電性かつ高耐熱性に優れたアルミ合金配線材料及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車等の軽量化および高リサイクル性の配線材料として、アルミニウムおよびアルミニウム合金が有効であった。
【０００３】
この自動車等、特に電気自動車などに使用する配線材料としては、導電性が高いこと、引張強さと伸びが高いこと、および高耐熱特性を有することが望まれているが、従来これらをすべて満足する配線材料は知られていない。
【０００４】
そこで、本発明者等は、高純度のアルミニウムに鉄とジルコニウムを微量添加したアルミ合金配線材料を提案した。
【０００５】
このアルミ合金配線材料は、特許文献１で提案したように、鉄（Ｆｅ）を０．３〜１．０重量％、ジルコニウム（Ｚｒ）を０．０２〜０．０５重量％含み、残余がアルミニウム（Ａｌ）と０．０５重量％以下の不純物からなる。
【０００６】
このアルミニウム合金は、導電率が３４．８×１０^６Ｓ／ｍ（６０％ＩＡＣＳ）以上の高導電性を有し、導電性配線材料として非常に有効であった。
【０００７】
【特許文献１】
特願２００２−２２０６５０号
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記提案のアルミニウム合金は、例えば、Ａｌ−０．６％Ｆｅ−０．０２％Ｚｒの合金を鋳造し、その鋳造体を塑性加工により所定径のアルミ合金配線材としてボビン等に巻き取り、その後、このアルミ合金配線の諸特性を調整するために熱処理をおこなうが、この熱処理方法は、アルミ合金配線をボビン毎、２００℃〜４００℃の熱処理炉の中に１時間から数時間保持することによるバッチ式焼鈍方法である。
【０００９】
しかし、この焼鈍方法では、ボビンに巻かれたアルミ合金配線の内外層が均一な温度で焼鈍することが困難である。
【００１０】
特に、上記のように、鉄とジルコニウムを微量添加したアルミニウム合金は、熱処理温度が、数度異なるだけで、アルミ合金配線の機械特性である伸びが１％未満から２０％以上の違いが生じてしまい、バッチ式の焼鈍炉で熱処理を施したのでは、ボビンに巻かれたアルミ合金配線の内外層では温度領域が数度違ってしまい、同じ鋳造体から製造された１本のアルミ合金配線でも、その位置の違いで、機械特性である伸びが１％未満から２０％以上の違いが生じてしまうことが判った。
【００１１】
このため、アルミ合金配線に１０数％程度の安定した伸びを有する半硬質状態に調整することが非常に困難である。
【００１２】
また、伸びを安定させるために、温度が数度変化しても伸びが安定する高温の温度領域で熱処理を施せば、伸びが２５％以上になり、伸びは得られるが、高温の温度領域で、アルミ合金配線が完全に軟化してしまうため、引張強さが１００ＭＰａ〜１２０ＭＰａと強度が極端に低くなってしまう問題がある。
【００１３】
そこで、本発明は、上記の課題を解決し、電気自動車などに有益な導電率と引張強さおよび伸びが高い優れたアルミ合金配線材料及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、自動車用ハーネスに使用する配線材料として、高純度のアルミニウムに鉄とジルコニウムを微量添加したアルミ合金配線材料からなり、連続的に熱処理して半硬質に調質されたアルミ合金配線の機械特性の内、引張強さが１３０ＭＰａ〜２２０ＭＰａ、伸びが３％〜１５％の特性を有し、導電率が２７．８×１０^６Ｓ／ｍ（４８％ＩＡＣＳ）以上の特性を有するアルミ合金配線材料である。
【００１５】
請求項２の発明は、アルミ合金配線材料の主な組成が、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、ジルコニウム（Ｚｒ）から成り、その組成量が、鉄（Ｆｅ）：０．３〜１．０重量％、ジルコニウム（Ｚｒ）：０．０２〜０．３０重量％、残余がアルミニウム（Ａｌ）と０．０５重量％以下の不純物とからなる請求項１記載のアルミ合金配線材料である。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項２のアルミ合金配線材料を鋳造して鋳造体を形成し、その鋳造体を塑性加工してアルミニウム合金線を形成し、アルミニウム合金線の単線または２本以上の複数の線、或いは、２本以上の線を撚り合わせてアルミ合金配線を形成し、その合金配線を連続的に走行させ、その走行しているアルミ合金配線に熱エネルギーを与えて半硬質に調質して、引張強さが１３０ＭＰａ〜２２０ＭＰａ、伸びが３％〜１５％の特性を有し、導電率が２７．８×１０^６Ｓ／ｍ（４８％ＩＡＣＳ）以上の特性を有するアルミ合金配線を製造するようにしたアルミ合金配線の製造方法である。
【００１７】
請求項４の発明は、アルミ合金配線を送出機から送り出し、これを３５０〜６００℃に設定した炉内を通して調質し、その調質したアルミ合金配線を巻取機で巻き取る請求項３記載のアルミ合金配線の製造方法である。
【００１８】
請求項５の発明は、アルミ合金配線を炉内で、５ｍ／ｍｉｎ〜３０ｍｍ／ｍｉｎで、１〜１０秒間走行させて熱処理を行う請求項４記載のアルミ合金配線の製造方法である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
図１において、１０は連続加熱炉で、石英ガラスなどの耐熱性材料からなる管１１の外周にヒータ１２−１〜１２−ｎを設けて構成される。
【００２１】
この連続加熱炉１０の一方には、熱処理すべきアルミ合金配線ｗｉが巻かれたボビン１３を繰り出す送出機１４が設けられ、他方には、熱処理後のアルミ合金配線ｗｏを巻取ボビン１５に巻き取る巻取機１６が設けられる。
【００２２】
アルミ合金配線ｗｉは送出機１４から繰り出され、入口ガイド１７より連続加熱炉１０の管１１内に入って一定の速度で走行移動し、その間にヒータ１２−１〜１２−ｎからの輻射熱を受けて半硬質状態に調質された後、出口ガイド１８より巻取機１６によって巻取ボビン１５に巻き取られる。
【００２３】
熱処理前のアルミ合金配線ｗｉは、上述のように高純度（９９．９５％以上）のアルミニウムに鉄とジルコニウムを微量添加したアルミ合金配線材料であり、具体的には、アルミ合金配線材料の主な組成が、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、ジルコニウム（Ｚｒ）から成り、その組成量が、鉄（Ｆｅ）：０．３〜１．０重量％、ジルコニウム（Ｚｒ）：０．０２〜０．３０重量％、好ましくは０．０２〜０．２８重量％、残余がアルミニウム（Ａｌ）と０．０５重量％以下の不純物とからなる。
【００２４】
このアルミ合金配線材料は、例えば、純度が９９．９５％以上の純アルミニウムを使用するが、使用する純アルミニウムの純度が９９．９５％よりも低いと、得られる配線材料において良好な導電率である２７．８×１０^６Ｓ／ｍ（４８％ＩＡＣＳ）以上を得ることができない。
【００２５】
また鉄の添加量が０．３重量％以下、ジルコニウムの添加量が０．０２〜０．２８重量％以下では、後述する熱処理で得られるアルミニウム合金線材の機械特性である引張強さが１３０ＭＰａ以上を得られず、また、鉄の添加量が１．３重量％以上、ジルコニウムの添加量が０．３０重量％以上では、伸び３％以上を得られない。
【００２６】
このアルミ合金配線材料を鋳造してアルミニウム合金鋳造体とし、その鋳造体を断面減少率９９％で塑性加工を行って、アルミニウム合金線とし、これを単線、複数本束ねたり撚り合わせて巻取ボビンに巻き取ってアルミ合金配線ｗｉとする。
【００２７】
このアルミ合金配線ｗｉを連続加熱炉１０で調質するには、連続加熱炉１０内の温度を３５０〜６５０℃に保ち、走行速度を５ｍ／ｍｉｎ〜３０ｍｍ／ｍｉｎの範囲で、一定の速度に保ち、また管１１内でのアルミ合金配線ｗｉの滞留処理時間を１〜１０秒とし管１１内を走行させて行う。
【００２８】
またヒータ１２−１〜１２−ｎは、各ヒータ温度が３５０〜６５０℃の範囲で一定の温度になるようにしても、また各ヒータ１２−１〜１２−ｎの温度を、３５０〜６５０℃の範囲で数段階に適宜変化させて調質するようにしてもよい。
【００２９】
このように、連続加熱炉１０で、アルミ合金配線ｗｉを連続的に送って調質することで、熱処理が一定の温度条件で行えるため、バッチ式に比べて、アルミ合金配線ｗｉに均一に安定した熱エネルギーを供給できるために、半硬質状態に調質することができ、高導電性を維持しつつ、引張強さと伸びを両立させることができる。従って、電気自動車の配線材として、最適な配線材とすることができると共に自動車用ハーネス、モーター用巻線、ボンディングワイヤなどにも適用できる。
【００３０】
【実施例】
次に本発明の実施例と比較例とを説明する。
【００３１】
なお、実施例比較例における化学組成の単位は全て、重量％である。
【００３２】
実施例１
アルミ合金配線材料として、純度９９．９５％のＡｌを使用し、Ａｌ−０．６％Ｆｅの合金を鋳造し、鋳造後、断面減少率９９％で塑性加工を行い、線径φ０．２５ｍｍのアルミ合金配線を製造した。
【００３３】
このアルミ合金配線を、温度３５０℃〜６００℃に設定した管状炉の中を５ｍ／ｍｉｎ〜３０ｍｍ／ｍｉｎで、１〜１０秒間、走行させて熱処理を施した。
【００３４】
実施例２
アルミ合金配線材料として、純度９９．９５％のＡｌを使用し、Ａｌ−０．６％Ｆｅ−０．０２％Ｚｒの合金を鋳造し、鋳造後、断面減少率９９％で塑性加工を行い、線径φ０．２５ｍｍのアルミ合金配線を製造した。
【００３５】
このアルミ合金配線を、温度３５０℃〜６００℃に設定した管状炉の中を５ｍ／ｍｉｎ〜３０ｍｍ／ｍｉｎで、１〜１０秒間、走行させて熱処理を施した。
【００３６】
実施例３
アルミ合金配線材料として、純度９９．９５％のＡｌを使用し、Ａｌ−０．６％Ｆｅ−０．０５％Ｚｒの合金を鋳造し、鋳造後、断面減少率９９％で塑性加工を行い、線径φ０．２５ｍｍのアルミ合金配線を製造した。このアルミ合金配線を、温度３５０℃〜６００℃に設定した管状炉の中を５ｍ／ｍｉｎ〜３０ｍｍ／ｍｉｎで、１〜１０秒間、走行させて熱処理を施した。
【００３７】
実施例４
アルミ合金配線材料として、純度９９．９５％のＡｌを使用し、Ａｌ−０．６％Ｆｅ−０．１０％Ｚｒの合金を鋳造し、鋳造後、断面減少率９９％で塑性加工を行い、線径φ０．２５ｍｍのアルミ合金配線を製造した。このアルミ合金配線を、温度３５０℃〜６００℃に設定した管状炉の中を５ｍ／ｍｉｎ〜３０ｍｍ／ｍｉｎで、１〜１０秒間、走行させて熱処理を施した。
【００３８】
実施例５
アルミ合金配線材料として、純度９９．９５％のＡｌを使用し、Ａｌ−０．６％Ｆｅ−０．２０％Ｚｒの合金を鋳造し、鋳造後、断面減少率９９％で塑性加工を行い、線径φ０．２５ｍｍのアルミ合金配線を製造した。
【００３９】
このアルミ合金配線を、温度３５０℃〜６００℃に設定した管状炉の中を５ｍ／ｍｉｎ〜３０ｍｍ／ｍｉｎで、１〜１０秒間、走行させて熱処理を施した。
【００４０】
比較例１
アルミ合金配線材料として、純度９９．９５％のＡｌを使用し、Ａｌ−０．６％Ｆｅの合金を鋳造し、鋳造後、断面減少率９９％で塑性加工を行い、線径φ０．２５ｍｍのアルミ合金配線を製造した。
【００４１】
このアルミ合金配線を、温度２５０℃〜３５０℃に設定した熱処理炉の中に１時間〜１０時間保持させて熱処理を施した。
【００４２】
比較例２
アルミ合金配線材料として、純度９９．９５％のＡｌを使用し、Ａｌ−０．６％Ｆｅ−０．０２％Ｚｒの合金を鋳造し、鋳造後、断面減少率９９％で塑性加工を行い、線径φ０．２５ｍｍのアルミ合金配線を製造した。
【００４３】
このアルミ合金配線を、温度２５０℃〜３５０℃に設定した熱処理炉の中に１時間〜１０時間保持させて熱処理を施した。
【００４４】
比較例３
アルミ合金配線材料として、純度９９．９５％のＡｌを使用し、Ａｌ−０．６％Ｆｅ−０．０５％Ｚｒの合金を鋳造し、鋳造後、断面減少率９９％で塑性加工を行い、線径φ０．２５ｍｍのアルミ合金配線を製造した。
【００４５】
このアルミ合金配線を、温度２５０℃〜３５０℃に設定した熱処理炉の中に１時間〜１０時間保持させて熱処理を施した。
【００４６】
実施例１〜５及び比較例１〜３で得られた材料は、それらの室温（２０℃）での導電率、引張強さおよび伸びを測定した。
【００４７】
各実施例および比較例について、特性を測定した結果を表１に示す。
【００４８】
【表１】

【００４９】
表１において、導電率、引張強さ、伸びの測定値は、測定個数中の最大値と最小値を示している。
【００５０】
表１から明らかなように、実施例１の配線材料は、比較例１と比べて同じ組成でありながら、引張強さが２２％〜２７％増加している。また、導電率は３４．８×１０^６（Ｓ／ｍ）（６０％ＩＡＣＳ）を超え、非常に高導電性を有する材料であることが容易に理解できる。
【００５１】
実施例２の配線材料は、比較例２と比べて同じ組成でありながら、引張強さが２６％〜３０％増加している。また、導電率は、略３４．８×１０^６（Ｓ／ｍ）（６０％ＩＡＣＳ）を超え、高強度および高導電性を有する材料であることが容易に理解できる。
【００５２】
実施例３の配線材料は、比較例１と比べて同じ組成でありながら、引張強さが２２％〜２７％増加している。また、導電率は３３．６×１０^６（Ｓ／ｍ）（５８％ＩＡＣＳ）を超え、高強度および高導電性を有する材料であることが容易に理解できる。
【００５３】
実施例４の配線材料は、引張強さが１６０ＭＰａに達し、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉといった析出型高強度アルミ合金に近い特性を有する。また、導電率は３２．４×１０^６（Ｓ／ｍ）（５６％ＩＡＣＳ）を超え、高強度および高導電性を有する材料であることが容易に理解できる。
【００５４】
実施例５の配線材料は、引張強さが１８０ＭＰａに達し、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉといった析出型高強度アルミ合金以上の特性を有する。また、導電率は２９．０×１０^６（Ｓ／ｍ）（５０％ＩＡＣＳ）を超え、高強度および高導電性を有する材料であることが容易に理解できる。
【００５５】
なお、配線材料の組成については、請求項の範囲であれば、実施例以外においても種々変更が可能である。また、走行焼鈍のときの温度や線速度も実施例の限りではない。
【００５６】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、アルミニウム合金の組成を、アルミニウムと鉄、およびジルコニウムを前記した特定の重量比で含む構成に選定し、バッチ式焼鈍で無く、線を連続的に走行させた状態で熱処理する焼鈍方法を用いたことで、従来のアルミニウム合金と比べて、導電率を大きく低下させることなく、引張強さおよび伸びが大きいという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明において、アルミ合金配線を走行させて焼鈍している状態を示す図である。
【符号の説明】
１０連続加熱炉
１１管
１２−１〜１２−ｎヒータ
１４送出機
１５巻取機
ｗｉアルミ合金配線（熱処理前）
ｗｏアルミ合金配線（熱処理後）

Claims

自動車用ハーネスに使用する配線材料として、高純度のアルミニウムに鉄とジルコニウムを微量添加したアルミ合金配線材料からなり、連続的に熱処理して半硬質に調質されたアルミ合金配線の機械特性の内、引張強さが１３０ＭＰａ〜２２０ＭＰａ、伸びが３％〜１５％の特性を有し、導電率が２７．８×１０^６Ｓ／ｍ（４８％ＩＡＣＳ）以上の特性を有することを特徴とするアルミ合金配線材料。
アルミ合金配線材料の主な組成が、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、ジルコニウム（Ｚｒ）から成り、その組成量が、鉄（Ｆｅ）：０．３〜１．０重量％、ジルコニウム（Ｚｒ）：０．０２〜０．３０重量％、残余がアルミニウム（Ａｌ）と０．０５重量％以下の不純物とからなる請求項１記載のアルミ合金配線材料。
請求項２のアルミ合金配線材料を鋳造して鋳造体を形成し、その鋳造体を塑性加工してアルミニウム合金線を形成し、アルミニウム合金線の単線または２本以上の複数の線、或いは、２本以上の線を撚り合わせてアルミ合金配線を形成し、その合金配線を連続的に走行させ、その走行しているアルミ合金配線に熱エネルギーを与えて半硬質に調質して、引張強さが１３０ＭＰａ〜２２０ＭＰａ、伸びが３％〜１５％の特性を有し、導電率が２７．８×１０^６Ｓ／ｍ（４８％ＩＡＣＳ）以上の特性を有するアルミ合金配線を製造することを特徴とするアルミ合金配線の製造方法。
アルミ合金配線を送出機から繰り出し、これを３５０〜６００℃に設定した炉内を通して調質し、その調質したアルミ合金配線を巻取機で巻き取る請求項３記載のアルミ合金配線の製造方法。
アルミ合金配線を炉内で、５ｍ／ｍｉｎ〜３０ｍｍ／ｍｉｎで、１〜１０秒間走行させて熱処理を行う請求項４記載のアルミ合金配線の製造方法。